拯救选择困难症!凌恩生物告诉您如何有效选择eDNA引物!

文摘   2024-10-24 08:10   内蒙古  

近年来,环境DNA(eDNA)技术可谓风头正劲,逐渐成为了环境监测和生物多样性研究的“神器”。通过分析水、土壤甚至空气中的DNA,我们可以轻松“捕捉”到各种生物的踪迹,包括那些肉眼看不见的细菌和原生动物。然而,单一引物检测物种有限,通过多引物组合,让eDNA技术如虎添翼。不同的引物能精准“锁定”不同的生物类群,从而实现对复杂环境中多样生物的全面检测,从而深入探究多营养级群落关联变化的驱动机制。

今天,小编就带大家一起探讨下eDNA技术中多引物的最佳组合,如何有效选择eDNA引物!



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细菌+真核生物+淡水鱼类+水栖昆虫


引物信息




根据已知的捕食者-被捕食者之间的功能摄食类群关系构建一个食物网,该食物网的优点是网络节点的链接依赖于已知的物种性状(如,分解者、草食动物和捕食者)。

研究提供了多营养级的视角,研究涵盖细菌、真核藻类、真菌和原生动物、鱼类,以充分了解水坝和营养富集驱动的河流生态系统的变化。该研究不仅促进了对多种压力源下河流变化的认识,而且进一步验证了eDNA或生态基因组学等新技术在生物多样性调查中的优势,揭示了生态系统稳定性的变化。

图 经验营养分类(A)和由eDNA数据生成的元食物网


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细菌+无脊椎动物+真核生物


引物信息




人类活动导致的全球变化在各个方面均对河流生物多样性具有显著影响,包括分类学、系统发育和功能多样性,并且这种影响被认为会导致生态系统功能的丢失。

理解生态系统功能丢失及其于生物多样性之间的关系至关重要,但是目前大部分研究还只是关注单一一类生物或功能类型,而人类活动对多营养级生物多样性和生态系统多功能性的影响还所知有限。使用环境DNA技术获取了我国一条河流流域从细菌到无脊椎动物的生物多样性图谱,并且分析了其于多种生态系统功能的关联。

图 生物多样性与生态系统功能的关系

图 结构方程模型显示了人类土地利用(耕地和5 km缓冲区不透水覆盖)对河流生物多样性和生态系统功能的直接和间接影响。假设人类土地利用通过改变生物多样性间接影响生态系统功能。



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细菌+原生动物和后生动物


引物信息




梯级水坝对河流生态系统产生了重大影响,它们产生的不连续性改变了河流的水文条件、形态和栖息地。为了定量评估大坝对河流生态状况的影响,研究人员提出了一种基于多物种相互作用的生物完整性指数(Mt-IBI)。底栖微生物群对环境扰动的敏感性被选择作为生物指示物。利用环境DNA元条形码工具鉴定了微生物群(细菌、原生动物和后生动物),为受大坝影响河流的生态治理和保护提供技术和科学支持。

图 细菌-原生动物-后生动物两两网络的可视化

图 描述梯级大坝影响下响应趋势的核心指标箱线图




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浮游动物+淡水鱼类


引物信息




淡水生态系统受到来自自然和人为变量的复杂干扰的威胁,特别是在动态和复杂的河流流域。与传统的形态学调查相比,基于环境DNA(eDNA)的方法为生物多样性评估提供了更广谱和更高通量的生物监测方法。大多数eDNA宏条形码研究仅限于少数特定的分类群/群体和栖息地范围。

应用eDNA宏条形码表征了大庆河流域(DRB)高动态复杂淡水生态系统中不同生境类型间浮游动物和鱼类群落的结构和空间变化。结果表明,浮游动物和鱼类群落的物种谱不同,生境中出现了独特的优势种。此外,在具有不同生境特征的地区,生物群落结构的空间分布明显。

图 以物种水平上不同类群的相对丰度(仅列出相对丰度最高的15种),分析不同采样点的浮游动物(a)和鱼类(b)群落组成

图 群落结构与测量环境变量关系的RDA图((a),浮游动物;(b),鱼)

另外,细菌-原生生物、浮游植物-浮游动物、细菌-真菌/古菌-原生生物以及横跨微生物和大型生物的,比如真核微生物-无脊椎动物-鱼类是比较多的研究物种组合。





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环境DNA(eDNA)动物食性研究


引物信息



鲸类作为顶级掠食者,对于维持海洋生态系统多样性和功能是至关重要的,鲸类捕食头足类生物的过程可能对深海猎物种群和食物网产生广泛的影响,并影响深海和浅海生态系统之间的直接联系。

为弄清鲸类捕食的特征和程度以及猎物的分布和种群组成,针对两种同时出现的深层鲸类动物生境中的觅食区和猎物类型,结合头足类eDNA分析与鲸类潜水行为的生物记录,将猎物群落组成与深海捕食者的觅食行为相匹配。

图 头足类物种群落和 eDNA 深度分布揭示鲸目动物深海捕食谱系

图 更深的水域可以通过垂直的个体迁移提供更大、更成熟的头足类猎物






参考文献



1. Feilong Li, Fen Guo, Wei Gao, Yanpeng Cai, Yuan Zhang, and Zhifeng Yang Environmental Science & Technology 2022 56 (23), 16952-16963
2. Sun Y,et al. Assembly mechanisms of microbial communities in plastisphere related to species taxonomic types and habitat niches. Mar Pollut Bull. 2024
3. A, Mengjie Zhu , et al. "Assessing the effects of cascade dams on river ecological status using multi-species interaction-based index of biotic integrity (Mt-IBI)." Journal of Environmental Management 299.

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